江南大学Adv. Mater.报道：手性CuxOS@ZIF-8纳米探针用于超灵敏定量检测体内硫化氢（H2S）

【背景介绍】

众所周知，硫化氢（H₂S）是生命有机体中的重要气体传输剂，在调节细胞生长、抗炎等一系列生物过程中发挥重要作用。研究发现H₂S的异常调节与糖尿病、肝硬化等疾病有关。因此，开发在生物系统中准确监测H₂S的方法非常重要。目前，已经开发了电化学分析、表面增强拉曼散射等多种方法来检测和跟踪生物系统中的H₂S。虽然已经取得了重大进展，但是仍有一些关键问题需要解决，例如灵敏度低、活细胞定量、标本破坏和光毒性。还有一个特殊挑战是，当比复杂生物系统中的H₂S浓度更高时，将受到谷胱甘肽（GSH）等化学物质的干扰。因此，开发适用于复杂生物系统、能以高灵敏度和选择性检测H2S的策略异常重要。此外，圆二色性（CD）光谱是一种理想且功能强大的生物检测分析技术，因为其能以高灵敏度进行无损细胞分析。

【成果简介】

基于此，江南大学的徐丽广教授（通讯作者）团队报道了一种Cu_xOS@ZIF-8纳米结构的探针，利用该探针能量化活细胞中和体内的硫化氢（H₂S）水平。利用沸石咪唑盐骨架-8（ZIF-8）作为封装外壳，以改善该探针的选择性。研究发现使用这种独特的纳米结构，可以成功实现活细胞中H₂S的超灵敏定量和生物成像。其中，在圆二色光谱（CD）和荧光模式的检测下限分别是每106个细胞中为0.8和5.3 nmol。同时，研究发现将手性Cu_xOS NPs转化为非手性Cu_xS NPs有助于实现超灵敏检测。此外，该探针还可以用于检测和追踪荷瘤动物体内的H₂S水平。总之，这些发现为建立临床定量追踪和分析检测平台提供了新思路。研究成果以题为“Chiral Cu_xOS@ZIF-8 Nanostructures for Ultrasensitive Quantifcation of Hydrogen Sulfde In Vivo”发布在国际著名期刊Adv. Mater.上。

【图文解读】

图一、Cu_xOS-Cy3@ZIF-8纳米探针的表征
（A）Cu_xOS-Cy3的TEM图像；

（B）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8的TEM图像；

（C）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8的EDS映射图像；

（D）Cu_xOS-Cy3的X射线光电子能谱。

图二、与Na₂S反应后，对该纳米探针的表征
（A-B）与Na₂S反应前后，Cu_xOS-Cy3@ZIF-8探针的CD和荧光光谱；

（C-D）添加Na₂S后，Cu_xOS-Cy3的Cu和S X射线光电子能谱。

图三、Cu_xOS-Cy3@ZIF-8纳米探针基于CD和FL双模式检测H₂S
（A）纳米探针对不同的Na₂S（H₂S的供体）有响应的CD光谱；

（B）Na₂S的浓度与相应的ΔCD（ΔCD=CD₄₈₈-CD₅₆₀）强度之间的线性关系；

（C）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8与不同的Na₂S反应的荧光光谱；

（D）在不同Na₂S浓度下，在560 nm荧光峰强度的标准曲线。

图四、该纳米探针基于CD和FL双模式检测活细胞中的H₂S
（A）经Cu_xOS-Cy3@ZIF-8预处理的HeLa细胞，与不同浓度H₂S反应的共聚焦图像；

（B）H₂S的标准曲线对应于发射荧光比（I₅₆₀/I₄₅₀）；

（C）通过不同的H₂S处理，再与探针一起预孵育的Hela细胞的ΔCD值（ΔCD=CD₄₈₈-CD₅₆₀）；

（D）ΔCD值是H₂S浓度的函数。

图五、Cu_xOS@ZIF-8纳米探针在小鼠体内的应用
（A）PCS-460-010细胞、MCF-7和HeLa细胞与探针的共聚焦图像；

（B）利用Cu_xOS-Cy3@ZIF-8纳米探针在荷瘤小鼠模型中对内源性H₂S成像。

【小结】

综上所述，作者设计了一种新的纳米结构，即Cu_xOS@ZIF-8纳米探针，可以对H₂S进行超灵敏和选择性检测。利用CD和荧光光谱双信号，该探针不仅能在体外准确检测H₂S，而且还能在活细胞和体内检测H₂S。实验结果表明，当手性Cu_xOS被转化为非手性Cu_xOS时，有助于实现超敏检测。总之，该方法为生物催化、生物成像和生命科学诊断等领域的手性纳米结构研究开辟了新的途径。

文献链接：Chiral Cu_xOS@ZIF-8 Nanostructures for Ultrasensitive Quantification of Hydrogen Sulfide In Vivo.（Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.201906580）

本文由CQR编译。

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